CN103225174A - 一种熔体静电纺丝进行食管支架覆膜的方法 - Google Patents

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陈志远
宋天丹
李秀红
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本发明公开了一种熔体静电纺丝进行食管支架覆膜的方法，属于医疗器械领域和静电纺丝领域。该方法所用装置由毛细管、喷嘴、加热圈、料筒、带端盖活塞轴、温度传感器、高压静电发生器等构成的熔体静电纺丝装置和支架、表面镀金属的绝缘棒、滑环、导杆、直线步进电机组成的支架覆膜装置等组成。聚合物可以采用能用于生物体内的热塑性树脂，纺丝原料可以是聚合物颗粒料或粉料或切片或熔体。本发明可以对金属或非金属支架进行熔体静电纺丝覆膜。

Description

一种熔体静电纺丝进行食管支架覆膜的方法
技术领域
本发明涉及一种熔体静电纺丝进行食管支架覆膜的方法，属于医疗器械领域和静电纺丝领域。
背景技术
晚期食管癌患者大多失去外科手术机会，长期吞咽困难造成严重的营养不良，由于肿瘤破坏食管壁组织而形成食管－气管瘘，使患者不能进食。随着食管支架（Stent）置入技术的开展，覆膜支架有效地控制了肿瘤向管腔内的生长，并且封堵住了瘘口，解决了患者吞咽困难，进食呛咳的痛苦，改善了患者的生存质量，提高了患者战胜疾病的信心。
覆膜食管支架是医用外科植入型高弹不锈钢或镍钛记忆合金等经特殊工艺拉丝后制成的，并在骨架内外覆合高强度医用涤纶、聚四氟乙烯或硅橡胶薄膜。覆膜不仅有机械性阻隔作用，还可有主动抑制作用，因为在支架覆膜上可附着或偶合抗肿瘤药物或放射性核物质，抑制肿瘤的生长。覆膜支架具有自展性能及顺应性好、支撑力柔且适中、质感柔软、对食管机械性刺激小、生物相容性好、耐酸碱腐蚀、置入人体后异物感较轻、可带架放疗等优良性质。覆膜支架可用于恶性食道狭窄和食道气管瘘等患者的介入治疗。实践证明，带膜支架在治疗食管-气管瘘、某些类型动脉瘤及大中型血管动-静脉瘘等方面有重要价值。
静电纺丝方法被认为是制备纳米纤维最简单有效的方法，目前已有三十多种聚合物通过此方法成功制得超细纤维，直径最小可以达到几十纳米。静电纺丝制成的超细纤维膜具有多孔结构，有较高的比表面积，在过滤、纳米复合材料、伤口敷料以及组织工程支架等方面具有许多潜在的用途。利用静电纺丝技术已可制备几十种聚合物超细纤维组织工程支架，纤维直径大多在数百纳米范围内，主要包括合成的可降解聚合物(如聚乙交酯 PGA、聚丙交酯 PLGA、聚己内酯 PCL和多肽)和天然大分子(如胶原)。 Bhattarai等制备的一种纤维支架的平均纤维直径为380nm，平均孔径为8μm，最大孔径为200μm。该孔径特征证明对成纤细胞的生长和迁移有利，培养10天后细胞完全覆盖纳米纤维。
静电纺丝包括溶液静电纺丝和熔体静电纺丝两类。熔体静电纺丝相对于较简单的溶液静电纺丝因熔体粘度大、设备稍复杂而研究者甚少，但因其不使用溶剂而经济、环保、高效，所得纤维力学性能好，避免了溶液静电纺丝纤维难于完全去除有毒溶剂的缺点，因而更适于在生物、医学、组织工程等领域的应用。目前，用熔体静电纺丝纤维膜包覆人体用支架的公开报道尚未见到。
发明内容
本发明提出了一种熔体静电纺丝进行食管支架覆膜的方法。本发明由于不需要借助溶剂就能顺利进行纺丝，因而可以解决溶液静电纺丝由于使用溶剂而出现的一系列问题。本发明把静电纺丝的方法和生产覆膜食管支架的方法结合起来，用具有生物相容性的热塑性树脂可以制得纤维直径、膜厚度、孔隙率等均可控的支架覆膜，降低金属支架的刺激性和异物感，增加支架的生物相容性。
本发明提供的一种熔体静电纺丝进行食管支架覆膜的方法，采用了由毛细管、喷嘴、电磁加热圈、料筒、带端盖活塞轴、温度传感器、高压静电发生器等组成的熔体静电纺丝装置与支架、表面镀金属的绝缘棒、金属滑环、导杆和安装在电机座里的直线步进电机组成的支架覆膜装置。支架位于毛细管正下方，导杆由三部分组成，分别是滑环、表面镀金属的绝缘棒、丝杠；表面镀金属的绝缘棒上有圆弧或方形凹槽与对应形状的金属滑环相配合，绝缘棒上套支架，滑环连接高压静电发生器的正极输出端，高压静电发生器的另一电极接地。表面镀金属的绝缘棒、金属丝杠通过螺纹连接。直线步进电机通过金属丝杠控制支架的旋转速度和左右移动速度，其中金属丝杠换成不导电的非金属丝杠会更有利于电机的安全。毛细管通过引出导线与大地相接。喷嘴与料筒通过4个在圆周方向均布的紧固螺钉连接，喷嘴与料筒也可以直接通过螺纹连接等其它连接方式或加工成一体。用于加热聚合物熔体的电加热圈包覆在料筒表面。毛细管与喷嘴毛细管通过紧固螺钉连接到一起。温度传感器与料筒采用螺纹连接。带端盖活塞轴可在料筒内上下往复运动。加压装置放在端盖正上方。
本发明适合于金属支架的覆膜。支架可以是食管、主动脉、胆管、胃十二指肠及结直肠等部位的支撑支架，聚合物可以是常用的覆膜材料聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚乳酸、聚己内酯、超高分子量聚乙烯、聚氨基酸等，纺丝原料可以是聚合物颗粒料或粉料或切片或熔体。金属支架通过表面镀金属的绝缘棒与金属滑环连接，滑环再与高压静电发生器的正极相连，能避免高电压对直线步进电机的影响。如果改变纤维接收方式，将高压正极连接到支架下方的导电平板或导电网上，支架处于纤维下落路径上，则可以对金属、非金属支架进行覆膜。毛细管采用金属等导电材料制成，其内径小于1mm。加压装置可以通过加砝码的方式施压或采用微量推进器、直线步进电机施压。
本发明提出的支架覆膜方法可以制备出纤维膜与支架结合紧密的覆膜支架。
附图说明
图1是本发明的熔体静电纺丝装置示意图。
图2是本发明的支架覆膜装置示意图。
图3是本发明覆膜后的食管支架照片。
图中1-毛细管；2-喷嘴；3-紧固螺钉；4-电磁加热圈； 5-料筒；6-带端盖活塞轴；7-温度传感器；8-毛细管紧固螺帽；9-支架；10-金属滑环；11-表面镀金属的绝缘棒；12-电机座；13-圆柱十字头螺钉；14-直线步进电机；15-导杆；16-高压静电发生器。
具体实施方式
本发明采取的是一种熔体静电纺丝进行食管支架覆膜的方法，示意图如图1熔体静电纺丝装置和图2支架覆膜装置所示，熔体静电纺丝装置主要包括毛细管（1）、喷嘴（2）、将喷嘴（2）与包覆电磁加热圈（4）的料筒（5）连接在一起的紧固螺钉（3）、带端盖的活塞轴（6）、控制熔体温度的温度传感器（7）、将毛细管（1）与喷嘴（2）连接到一起的毛细管紧固螺钉（8），支架覆膜装置主要包括金属支架（9）、与高压静电发生器（16）正极相连的金属滑环（10）、表面镀金属的绝缘棒（11）、固定直线步进电机（14）的电机座（12）及圆柱十字头螺钉（13）、控制支架转动速度和左右移动速度的导杆（15）。毛细管（1）的熔体出口与支架（1）的距离大于2cm。
覆膜步骤：首先，把料筒（5）加热到预设温度，各种聚合物的熔融温度不一样，由于聚合物粘度是静电纺丝是否可以顺利进行的一个关键因素，所以需要把加热圈（4）的加热温度设置在聚合物的成型加工温度以上，以尽可能降低聚合物的粘度，但又不能使聚合物产生分解。然后，往料筒里添加纺丝原料，纺丝原料可以为聚合物颗粒或粉料或切片或熔体，原料达到设定温度后，再往带端盖的活塞轴（6）上施加压力。滑环连接到高压静电发生器的正极上。最后，打开高压静电发生器（16）的电源开关，电源的输出电压从0开始往上调，一直到毛细管末端的熔体滴变成锥形并喷射出细丝为止。从毛细管喷射出的熔体细流，经过电场的强力拉伸，可以形成微米级甚至纳米级的超细纤维。超细纤维落到支架上，形成一层高分子膜。
通过本发明纺制出来的纤维，由于没有使用溶剂，不存在有毒溶剂及其蒸发现象，因而可以得到安全且表面光滑的超细纤维。本发明纺制的高分子纤维由于直径很小，与支架有紧密接触，所形成的纤维膜粘结牢固，如图3所示。本发明纺制的纤维膜既有好的力学性能，又有良好的透过性，方便组织细胞和体液的穿透。
本发明的一个实施例：纺丝原料是常见的支架包覆材料聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）颗粒料，经过150℃，4小时以上的干燥后放入熔体纺丝料筒，料筒末端温度285°C；毛细管内径0.6mm，纺丝电压为0~70kv，支架为自扩式镍钛合金食管支架，步进电机控制的导杆旋转速度是35转/分钟，左右移动速度是5mm/分钟，毛细管的熔体出口与支架上缘的距离是15cm。1小时后可在支架上覆厚度0.5mm的PET膜。

Claims (9)

1.一种熔体静电纺丝进行食管支架覆膜的方法，该方法所用装置主要由毛细管、喷嘴、加热圈、料筒、带端盖活塞轴、温度传感器、高压静电发生器等构成的熔体静电纺丝装置和支架、表面镀金属的绝缘棒、滑环、导杆、直线步进电机组成的支架覆膜装置等组成，毛细管的熔体出口与接收装置的距离大于2cm。
2.根据权利要求1所述的一种熔体静电纺丝进行食管支架覆膜的方法，其特征在于，纺丝原料可以是聚合物颗粒料、粉料、切片或熔体。
3.根据权利要求1所述的一种熔体静电纺丝进行食管支架覆膜的方法，其特征在于，纺丝原料是能用于生物体内的热塑性树脂，如：聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚乳酸、聚己内酯、超高分子量聚乙烯、聚氨基酸等。
4.据权利要求1所述的一种熔体静电纺丝进行食管支架覆膜的方法，其特征在于，金属支架通过表面镀金属的绝缘棒与金属滑环连接，滑环再与高压静电发生器的正极相连。
5.根据权利要求1所述的一种熔体静电纺丝进行食管支架覆膜的方法，其特征在于，将高压正极连接到支架下方的导电平板或导电网上，支架处于纤维下落路径上，可以对金属、非金属支架进行覆膜。
6.根据权利要求1所述的一种熔体静电纺丝进行食管支架覆膜的方法，其特征在于，毛细管采用金属等导电材料制成，其内径小于1mm。
7.根据权利要求1所述的一种熔体静电纺丝进行食管支架覆膜的方法，其特征在于，加压装置可以通过加砝码的方式或采用微量推进器、直线步进电机实现对聚合物料加压。
8.根据权利要求1所述的一种熔体静电纺丝进行食管支架覆膜的方法，其特征在于，表面镀金属的绝缘棒上有圆弧或方形凹槽与对应形状的金属滑环相配合。
9.根据权利要求1所述的一种熔体静电纺丝进行食管支架覆膜的方法，其特征在于，支架可以是食管、主动脉、胆管、胃十二指肠及结直肠等部位的支撑支架。
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